張朝武

摘 要：經(jīng)查閱大量技術文獻發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)外報道的影響啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象的主要因素有制麥工藝、微生物代謝產(chǎn)物、酵母菌種特性、麥芽汁的營養(yǎng)成分組成、發(fā)酵工藝參數(shù)等。本實驗采用的單因素試驗中選取和探究了啤酒麥芽浸麥溫度、浸麥二氧化碳含量、啤酒原料麥芽表面的霉菌數(shù)量、麥汁煮沸時鋅離子添加量這4個因素對啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象的影響，正交試驗結果表明：浸麥二氧化碳含量>麥芽霉菌數(shù)量>浸麥溫度>硫酸鋅添加量。

關鍵詞：啤酒發(fā)酵 ?啤酒酵母 ?酵母PYF ?正交實驗

啤酒酵母發(fā)酵PYF（Premature Yeast Flocculation）現(xiàn)象，即啤酒酵母在發(fā)酵過程中提前絮凝沉降使啤酒發(fā)酵液中的酵母數(shù)減少，造成發(fā)酵液降糖速度降低、發(fā)酵周期延長、啤酒中雙乙酰和乙醛等風味物質(zhì)含量偏高，進而導致啤酒的發(fā)酵過程失敗及可飲性下降。因此，啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象是啤酒釀造過程中一個非常關鍵的技術指標。近年來，國內(nèi)外諸多啤酒專家和學者研究并報道了啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象的進展和成果，但較為偏重于理論層面的研究，對啤酒工業(yè)實際生產(chǎn)的指導意義有限。

目前，已報道的影響啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象的主要因素包括制麥工藝、微生物代謝產(chǎn)物、酵母菌種特性、麥芽汁的營養(yǎng)成分組成、發(fā)酵工藝參數(shù)等。本實驗設計探究了麥芽表面的霉菌數(shù)量、浸麥二氧化碳含量、麥汁煮沸鋅離子添加量、浸麥溫度這4個因素對啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象的影響，同時使用正交實驗探究最佳的因素組合與各個因素的影響大小次序。

1 實驗設備、原材料和方法

1.1 實驗設備

臺秤、EBC標準麥芽粉碎機、啤酒糖化儀、定量快速濾紙、燒瓶、電磁爐、恒溫水浴搖床、250mL的Schott玻璃瓶若干、移液槍、電子顯微鏡、血球細胞計數(shù)板、蓋玻片、酵母計數(shù)器、蝸旋振蕩器。

1.2 實驗原料

實驗設計要求的試驗啤酒麥芽、城市自來水、斜面酵母菌種、無菌蒸餾水。

1.3 實驗方法

1.3.1 啤酒麥芽的粉碎

按實驗設定的要求將不同的啤酒麥芽用EBC標準啤酒麥芽粉碎機粉碎，取5個糖化杯，每個糖化杯用實驗室臺秤準確稱量100g麥芽粉。

1.3.2 啤酒協(xié)定麥汁的制備

設定糖化儀的溫度曲線為：48℃休止40分鐘，63℃休止30分鐘，72℃休止30分鐘，85℃休止5分鐘。將45℃的自來水分別投入5個裝有麥芽粉的糖化杯中，每個糖化杯加入300g水，然后攪拌均勻，放入糖化儀中進行糖化。糖化結束后，用定量快速濾紙過濾糖化的醪液，得到澄清的麥芽汁，之后向麥芽汁中加入少量自來水將麥芽汁的Plato糖度調(diào)整為11°。取250mL的Schott玻璃瓶若干，準確稱量Plato糖度為11°的麥芽汁200g分別加入Schott瓶中，擰緊瓶蓋，放入沸水中殺菌60分鐘后取出放入15℃的水浴鍋中保溫備用。

1.3.3 酵母的接種

從冰箱冷藏室中取出試管斜面培養(yǎng)的啤酒酵母，用接種針取一定數(shù)量的酵母放入50mL無菌塑料試管中，加入50mL無菌蒸餾水后蓋上試管蓋子，在蝸旋振蕩器上振蕩3分鐘，酵母在無菌蒸餾水中均勻分散后使用5mL移液槍迅速移取5mL酵母水溶液到上述裝有15℃麥芽汁的Schott玻璃瓶中并擰緊瓶蓋。

1.3.4 麥汁的充氧和發(fā)酵

將上述Schott玻璃瓶雙臂交叉搖晃振蕩60次，且每20次打開瓶蓋充氧5秒，然后擰緊瓶蓋繼續(xù)搖晃振蕩。之后，將充氧和搖勻的發(fā)酵液放到15℃恒溫水浴搖床中發(fā)酵。

1.3.5 酵母的計數(shù)和PYF數(shù)值計算

發(fā)酵48小時后取出玻璃瓶，打開瓶蓋，用移液槍移取少量發(fā)酵液到血球計數(shù)板上，蓋上蓋玻片，然后用電子顯微鏡讀出酵母數(shù)。此時，將實驗樣酵母數(shù)除以標準樣酵母數(shù)即為實驗樣的PYF數(shù)值。

2 結果與分析

2.1 啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象的單因素實驗

2.1.1 啤酒麥芽表面的霉菌數(shù)量對于PYF現(xiàn)象的影響

麥芽表面的霉菌會在特殊的應激環(huán)境下分泌霉菌毒素等初級和次級代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物會影響啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象。實驗室做了5組試驗，得到如下數(shù)據(jù)：霉菌為3200個/g時，PYF為67%;霉菌為4400個/g時，PYF為70%;霉菌為7100個/g時，PYF為71%;霉菌為25000個/g時，PYF為97%;霉菌為3900個/g時，PYF為92%。通過實驗數(shù)據(jù)可知，在霉菌菌落數(shù)為25000個/g時，得到的PYF數(shù)據(jù)最大峰值為97%，是較為理想的數(shù)據(jù)。因此，選擇霉菌數(shù)量為20000個/g、25000個/g、30000個/g進行正交實驗設計。

2.1.2 制麥時浸麥溫度對于PYF現(xiàn)象的影響

制麥過程中，當大麥發(fā)芽時如外界環(huán)境發(fā)生變化會使種子產(chǎn)生應激反應，進而生成一些特殊的復雜成分，從而影響后期的酵母發(fā)酵過程。使用實驗室微型制麥機，通過調(diào)整浸麥溫度得到不同的PYF數(shù)據(jù)：浸麥溫度為7℃時，PYF為91%;浸麥溫度為10℃時，PYF為100%;浸麥溫度為15℃時，PYF為97%;浸麥溫度為20℃時，PYF為94%;浸麥溫度為25℃時，PYF為83%。由實驗數(shù)據(jù)可知，在浸麥溫度為10℃時，酵母發(fā)酵PYF為最高值100%，故選擇浸麥溫度8℃、10℃、12℃進行正交試驗設計。

2.1.3 制麥時浸麥二氧化碳濃度對于PYF現(xiàn)象的影響

在實驗室微型制麥車間中，通過測定干法浸麥期間開啟或關閉鼓風機檢測了浸麥層的二氧化碳含量，試驗了不同干法浸麥時二氧化碳含量對于酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象的影響，試驗數(shù)據(jù)為：二氧化碳含量為2000ppb時，PYF為103%;二氧化碳含量為5000ppb時，PYF為100%;二氧化碳含量為10000ppb時，PYF為98%;二氧化碳含量為20000ppb時，PYF為95%;二氧化碳含量為25000ppb時，PYF為92%。由試驗數(shù)據(jù)可知，隨著二氧化碳濃度的升高，PYF值越來越小，因此較低的二氧化碳濃度會減弱PYF現(xiàn)象，故選擇二氧化碳含量為1500ppb、2000ppb、2500ppb進行正交試驗設計。

2.1.4 啤酒麥汁煮沸時鋅離子添加量對于PYF現(xiàn)象的影響

在啤酒糖化麥汁煮沸結束前5分鐘加入酵母營養(yǎng)硫酸鋅——適量添加鋅離子對于酵母的發(fā)酵有益，但鋅離子過多會導致酵母發(fā)酵機能減弱。本實驗在實驗室協(xié)定麥汁中添加硫酸鋅0.25ppm、0.75ppm、1.25ppm、1.75ppm、2ppm，對應的PYF數(shù)據(jù)為83%、98%、97%、78%、65%。由數(shù)據(jù)可知，硫酸鋅添加量為0.75ppm時得到的PYF數(shù)據(jù)比較理想，故選擇硫酸鋅添加量為0.50ppm、0.75ppm、1.00ppm進行正交試驗設計。

2.2 啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象的正交實驗設計

基于單因素的實驗結果進行四因素三水平正交實驗，設計L9（34）正交實驗表，將正交實驗結果的最優(yōu)發(fā)酵組合與得分最高的一組進行最佳條件驗證。

3 結論

根據(jù)目前國內(nèi)外關于啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象的研究表明，其影響因素眾多，但并沒有研究能夠明確表明影響因素的主次順序。本實驗選取4個單因素——浸麥層二氧化碳含量、麥芽表面的霉菌數(shù)量、浸麥溫度與硫酸鋅添加量進行探究，雖然它們未必是影響啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象的最主要或關鍵因素，但是通過單因素實驗表明其對PYF的影響顯著，因此可以用這4個因素來進行正交實驗設計。

正交實驗結果表明，對于啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象的影響程度的因素順序為：二氧化碳含量>霉菌數(shù)量>浸麥溫度>硫酸鋅添加量。正交實驗得到最優(yōu)化的結果和組合為：霉菌數(shù)量25000個/g、浸麥溫度10℃、二氧化碳含量2000ppb、硫酸鋅添加量0.50ppm，對應PYF值為105%。

本實驗采用的PYF檢測分析方法是根據(jù)實際啤酒生產(chǎn)工藝開發(fā)的實驗室方法，通過使用相同的實驗設備和安排同一操作人員，可以在很大程度上消除試驗數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差，故試驗數(shù)據(jù)總體可信度較高。

通過本實驗的研究表明，在實際的啤酒生產(chǎn)過程中，控制浸麥時二氧化碳含量和麥芽表面的霉菌數(shù)量非常重要，其可以在一定程度上改善啤酒酵母發(fā)酵PYF現(xiàn)象。

參考文獻：

[1] （英）布里格斯，李崎，麥芽與制麥技術，中國輕工業(yè)出版社，2005年05月.

[2] 李秀婷，現(xiàn)代啤酒生產(chǎn)工藝，中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2013年6月1日.

[3] Steve Hindy，啤酒發(fā)酵與酯的形成+酒花與啤酒釀造+精釀啤酒釀造技術+酒花酵母麥芽水+啤酒釀造風味指南+菌種用水制麥+啤酒生產(chǎn)工藝配方大全書籍，中信出版集團，2019年8月.